一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种催化H2S选择性氧化金属掺杂有序介孔碳材料的制备方法和应用，本发明专利技术的技术要点为利用无溶剂合成方法，通过固相研磨实现均匀混合，然后煅烧除模板得到结构稳定的有序介孔材料。该合成方法简单，耗时短，制备过程中不需加入溶剂，原子利用率高,无任何废液产生，且该材料具有丰富的活性位点，在催化H2S选择性氧化性能测试中展现出高的活性和选择性。本发明专利技术所制备的金属掺杂有序介孔碳复合材料在温度为150℃下便具有高达100%H2S转化率，对S的选择性80%以上，适用于中低温催化氧化H2S气体。S气体。S气体。

【技术实现步骤摘要】
一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及到一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂及其制备方法和在H2S选择性氧化反应中的应用，该合成方法具有简单环保，无废液产生的特点，制备的催化剂能有效消除剧毒的H2S气体。

技术介绍

[0002]H2S气体是常见的有害气体之一，无色，有臭鸡蛋气味，高毒性，广泛存在于工业用气和化工废气中。H2S气体的存在不仅会腐蚀管道、仪器、设备，使催化剂发生中毒以致失活，还会影响产品质量并造成环境污染，当浓度大于700 ppm时，会对人与动物的生命造成危害。所以如何有效处理H2S气体是石油工业和天然气工业发展进程中迫切需要解决的问题。常用的H2S脱除工艺是克劳斯工艺，该工艺先将H2S气体浓缩再通过进一步催化处理转化成单质硫，既能达到有效脱除H2S的目的，又能将生成的单质硫回收利用资源化。受热力学平衡限制，仍有3%
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5%的H2S存在于克劳斯尾气中。考虑到低浓度尾气仍然能对环境造成不利影响，又研发出了低温克劳斯尾气处理工艺。该工艺中H2S除了发生主反应生成S单质，还会发生副反应生成SO2。因此研发人员致力于开发出高效稳定转化率高，对S选择性好的脱硫催化剂。目前常用的H2S选择性氧化脱硫催化剂有分子筛，多孔碳，金属氧化物，等等。
[0003]碳材料由于具有比表面大，孔隙率高，吸附性能好的优点，在H2S选择性氧化脱除领域具有重要的研究意义，是一类具有潜力的脱硫催化剂。碳材料的主要合成手段有：催化活化法、有机凝胶炭化法、模板法。其中催化活化法和有机凝胶炭化法由于合成成本过高，合成材料的孔道不均匀从而限制了其在工业上的应用。相比之下，模板法不仅制备成本低，还能够调控孔道结构进而合成得到高度有序孔道均匀的规则介孔碳材料。根据模板剂与客体结合方式的不同，模板法又分为硬模板法和软模板法。硬模板合成介孔碳一般是以有序介孔硅作为模板，用纳米浇筑或者浸渍法将碳前驱体填充到介孔硅材料的孔径结构中，高温炭化后，再通过刻蚀除模板。该方法合成碳材料有序性高，但需要通过一些危险试剂除模板，制备过程相对繁琐且存在危险因数。软模板法合成有序介孔碳是利用F127,P123等一些大分子表面活性剂作为模板，可以在高温炭化过程中直接除去模板。根据制备过程中反应介质的不同，软模板法又分为水热法与溶剂挥发诱导自主装法（EISA）。但由于这两种方法均要使用溶剂，即存在步骤繁琐耗时长的缺点又容易造成溶剂的浪费及产生废液污染环境。

技术实现思路

[0004]针对传统合成有序介孔碳材料制备过程中产生大量废液等问题，相关研究人员进行了方法的改进，如中国专利技术专利CN108483421提供了一种无溶剂氮掺杂有序介孔碳的制备方法，该方法将各反应物固相研磨均匀后炭化，炭化后的样品再与KOH混合，再次炭化，达到刻蚀的效果，最后还要经过盐酸中和，水洗。该方法虽然前半部分是无溶剂合成，但后面“水洗”过程明显会产生一些酸性废水，可能造成水资源的污染或下水道的腐蚀，因此整个
过程严格来讲并不完全具备无溶剂的优势，也不能完全属于无溶剂合成方法，且制备过程过于繁琐复杂。基此，本专利技术提供了一种简单，绿色的合成方法，开发了一种新型高效又环保的H2S选择性氧化脱硫催化剂。进一步改善了前者的缺点，本次合成氮掺杂碳材料将金属源，模板剂，碳前驱体通过固相研磨，固化聚合自组装，高温炭化后得到有序介孔氮掺杂碳
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金属氧化物复合材料，整个合成过程不加入溶剂，也不产生废液，且该材料具有双重活性位点（金属位点与氮位点），其中金属位点提供了H2S选择性催化氧化所需要的氧化还原中心，氮位点作为碱性位点，能促进H2S的吸附解离，因此该催化剂对H2S选择性氧化展现出较高的催化活性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种用于H2S选择性氧化的金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂的制备方法，包括以下步骤：a，碳源，金属源，模板剂按照一定比例进行混合，在玛瑙研钵中研磨均匀；b，将上述得到的混合物装釜放烘箱固化以获得稳定的介孔结构；c，将上述得到的固化好的初产物氮气氛围下煅烧，即得到用于H2S选择性氧化的金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂；所述步骤a，金属元素和碳源的质量比为2:100，研磨时间为5
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30min。
[0006]所述步骤b，优选固化温度为100
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220℃，时间为1
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48h。
[0007]所述步骤c，优选煅烧温度为350
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900℃，煅烧时间为4
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10h。
[0008]所述碳源为间氨基苯酚和对苯二甲醛，模板剂为F127，金属源为无机金属盐或有机金属盐，包括Fe盐、Cu盐或Cr盐。
[0009]上述的用于脱硫的金属掺杂有序介孔碳在H2S选择性氧化反应中的应用，具体为：以H2S和O2为原料气体，氮掺杂有序介孔碳
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金属氧化物复合材料作为催化剂催化H2S催化氧化反应。所述原料气体流速为10 mL/min，反应温度为30~240℃，升温速率为6℃/min。
[0010]本专利技术的优点在于：(1)本专利技术所制备的材料采用无溶剂方法合成，具有步骤简单易行、原子利用率高，无污染的特点；(2)本专利技术制备的催化剂的优点是无需负载催化活性组分，自身高度分散的活性位点就是活性中心；(3)本专利技术所制备的催化剂在温度为150℃便具有100%的H2S转化率，且选择性高达80%以上。
[0011]附图说明：图1为实施例1
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4制备催化剂的小角XRD谱图与广角XRD图；图2为实施例1
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4制备催化剂的物理吸附曲线图；图3为实施例1
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4所制备催化剂的H2S选择性氧化性能测试图；图4为实施例3所制备的催化剂的SEM图。
[0012]具体实施方法：以下对本专利技术的具体实施方法进行详细说明。此处所描述的具体实施方法仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0013]实施例1：分别称取间氨基苯酚0.44g，对苯二甲醛0.56g，F127 2g，置于研钵中研磨3
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30min，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬中装釜，烘箱140℃固化12
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24h。将固化完的产物氮气氛围下先360℃煅烧5h，再700℃煅烧3h。将得到的产物记为催化剂A。
[0014]实施例2：分别称取间氨基苯酚0.44g，对苯二甲醛0.56g，F127 2g，0.144g Fe
(NO3)3·
9H2O置于研钵中研磨3
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30min，混合均匀后置于聚四氟乙烯内衬中装釜，烘箱140℃固化12
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24h。将固化完的产物氮气氛围下先360℃煅烧5h，再700℃煅烧3h。将得到的产物记为催化剂B。
[0015]实施例3：分别称取间氨基苯酚0.44g，对苯二甲醛0.56g，F127 2g，0.0755g Cu(NO3)2·
3H2O置于研钵中研磨3<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将间氨基苯酚，对苯二甲醛，F127，金属源进行机械混合，再进行固化处理，最后在氮气氛围下炭化即得到金属掺杂有序介孔碳脱硫催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属源为无机金属盐或有机金属盐。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述机械混合是在玛瑙研钵中研磨5
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30min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述固化处理的温度为100
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220℃，时间为1
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48h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述炭化的温度为350
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁诗景，肖淑英，刘福建，郑勇，曹彦宁，肖益鸿，江莉龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：